JP2015224592A - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関への燃料噴射を、内燃機関の運転状態に応じて最適に制御できること。
【解決手段】エンジンの吸気通路の壁部に設けられて燃料を噴射するプライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６と、これらの燃料インジェクタからの燃料噴射の有無及び燃料噴射量を制御するＥＣＵ４２と、を有する内燃機関の燃料噴射システム４５であって、プライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６は、エンジンのシリンダヘッド１７における各気筒に対応するそれぞれの吸気ポート２０を形成する吸気ポート周囲部３９にそれぞれ１個ずつ設けられ、ＥＣＵ４２は、各気筒について燃料噴射を行うプライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６を、エンジン１０の運転状態に応じて選択し変更するよう構成されたものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射システムに関する。

特許文献１には、吸気量を制御するスロットルバルブを備えたスロットルボディに第１燃料インジェクタが１個、スロットルボディに接続された吸気ファンネルの上方に第２燃料インジェクタが１個、それぞれ設けられた吸気装置が開示されている。この吸気装置では、主にスロットルバルブの開度に応じて２個の燃料インジェクタが選択して用いられる。

特開２００４−３４２４号公報

ところが、特許文献１に記載の吸気装置では、スロットルバルブの開度が小さい領域であって、要求される燃料噴射量が少なく且つ燃料の噴射時間が短い領域（即ち、図４のＸ領域）において、スロットルボディに設置された１個の第１燃料インジェクタを用いた場合に、図４の破線Ｑに示すように、燃料の噴射量特性が非線形になってしまう。従って、このスロットルバルブの開度が小さい場合に、燃料の噴射を最適に実施することができない。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、内燃機関への燃料噴射を、内燃機関の運転状態に応じて最適に制御できる内燃機関の燃料噴射システムを提供することにある。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムは、内燃機関における吸気通路の壁部に設けられて燃料を噴射する燃料インジェクタと、この燃料インジェクタからの燃料噴射の有無及び燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置と、を有する内燃機関の燃料噴射システムであって、前記燃料インジェクタは、前記内燃機関の各気筒に対応するそれぞれの前記吸気通路の前記壁部に複数設けられ、前記燃料噴射制御装置は、前記各気筒について燃料噴射を行う前記燃料インジェクタを、前記内燃機関の運転状態に応じて選択し変更するよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、内燃機関の吸気通路の壁部に燃料インジェクタを複数設け、これら複数の燃料インジェクタを内燃機関の運転状態に応じて選択し変更して燃料噴射を実施することで、燃料の噴射量及び噴射時間を微細に調整して、最適な燃料噴射を実施できる。この結果、燃焼効率が改善されて内燃機関の出力を向上できると共に、無駄な燃料の使用量が削減されて内燃機関の燃費を向上できる。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムにおける一実施形態が適用されたエンジン及び吸気系を示す側面図。 図１のエンジン及び吸気系の一部を示す断面図。 図２のＥＣＵに格納された燃料インジェクタの切換マップを示すグラフ。 図２の燃料インジェクタによる燃料噴射量特性を示すグラフ。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムにおける一実施形態が適用されたエンジン及び吸気系を示す側面図である。この図１に示す内燃機関としてのエンジン１０は、例えば自動二輪車に搭載された４サイクル多気筒エンジンであり、エンジンケース１１の前方にシリンダアッセンブリ１２が、やや前傾した姿勢で略直立して配置されて構成される。

エンジンケース１１内に、前方から順にクランク軸１３とカウンタ軸１４とドライブ軸１５とが、それぞれ車幅方向に延びて軸支される。また、シリンダアッセンブリ１２は、エンジンケース１１上にシリンダブロック１６とシリンダヘッド１７とヘッドカバー１８とが順次配置されて構成される。

シリンダブロック１６の図示しない複数のシリンダボア内にピストン（不図示）が摺動自在に配設され、このピストンの往復運動が、図示しないコンロッドを介してクランク軸１３の回転運動に変換される。また、シリンダヘッド１７には、前記シリンダボアに整合する燃焼室１９（図２）が複数形成されると共に、各燃焼室１９に連通して吸気通路としての吸気ポート２０、及び排出通路としての排気ポート２１がそれぞれ形成される。更に、シリンダヘッド１７には、各燃焼室１９の中央位置に点火プラグ２２がそれぞれ螺装されている。

図１に示すクランク軸１３の回転は、図示しないプライマリドライブギア及びプライマリドリブンギア、並びにクラッチ機構２３を経てカウンタ軸１４へ伝達される。そして、このカウンタ軸１４の回転は、図示しないミッション機構を介してドライブ軸１５へ伝達され、このドライブ軸１５の回転は図示しないドライブチェーン等を介して自動二輪車の後輪へ伝達される。

エンジン１０では、シリンダブロック１６のシリンダボアと、このシリンダボア内のピストンと、シリンダヘッド１７の燃焼室１９とを有して気筒がそれぞれ構成される。この各気筒において、図２に示すように、シリンダヘッド１７の吸気ポート２０に吸気バルブ２５が、排気ポート２１に排気バルブ２６がそれぞれ設けられる。これらの吸気バルブ２５及び排気バルブ２６は、例えばＤＯＨＣ型の動弁装置２７により吸気バルブ２５が吸気ポート２０を、排気バルブ２６が排気ポート２１をそれぞれ開閉する。

つまり、動弁装置２７は、図示しない吸気側カムを一体に備えた吸気側カムシフト２８を回転させることで、吸気側カムと吸気側バルブスプリング（不図示）との作用で吸気バルブ２５を開閉駆動する。また、動弁装置２７は、図示しない排気側カムを一体に備えた排気側カムシャフト２９を回転させることで、排気側カムと排気側バルブスプリング（不図示）との作用で排気バルブ２６を開閉駆動する。

また、エンジン１０では、各気筒において、シリンダヘッド１７の吸気ポート２０に吸気マニホールド３０、スロットルボディ３１、吸気ファンネル３２が順次接続される。そして、各気筒の吸気ファンネル３２が１つのエアクリーナ３３（図１）に接続される。スロットルボディ３１の吸気通路３１Ａ内にはスロットルバルブ３４が、開度を調整可能に配置される。これらの吸気マニホールド３０、スロットルボディ３１（スロットルバルブ３４）、吸気ファンネル３２、エアクリーナ３３、後述のプライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６及びセカンダリ燃料インジェクタ３７を有して、エンジン１０の吸気系４０が構成される。

この吸気系４０では、エアクリーナ３３が導入した空気（外気）を浄化し、この浄化された空気は、吸気として各気筒における吸気ファンネル３２の吸気通路３２Ａ、スロットルボディ３１の吸気通路３１Ａ、吸気マニホールド３０の吸気通路３０Ａを順次経て吸気ポート２０へ流入し、プライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６、セカンダリ燃料インジェクタ３７から噴射された燃料と共に、吸気バルブ２５の開動作時に各気筒の燃焼室１９へ供給される。この燃焼室１９への空気（吸気）の供給量は、スロットルボディ３１のスロットルバルブ３４の開度により決定される。

前記プライマリ第１燃料インジェクタ３５及びプライマリ第２燃料インジェクタ３６は、エンジン１０の各気筒に対応するそれぞれの吸気ポート２０に噴射口３８が臨むようにして、各吸気ポート２０を形成する壁部としてのシリンダヘッド１７における吸気ポート周囲部３９に設置された、それぞれ１個の燃料インジェクタである。これらのプライマリ第１燃料インジェクタ３５及びプライマリ第２燃料インジェクタ３６は、吸気ポート２０の軸線Ｍに沿い、プライマリ第１燃料インジェクタ３５が上方に、プライマリ第２燃料インジェクタ３６が下方にそれぞれ配置される。

更に、プライマリ第１燃料インジェクタ３５は、噴射口３８から吸気バルブ２５へ向けて燃料を噴射するように、シリンダヘッド１７の吸気ポート周囲部３９に設置される。また、プライマリ第２燃料ジェクタ３６は、噴射口３８から吸気ポート２０の内壁面４１へ燃料を噴射するように、シリンダヘッド１７の吸気ポート周囲部３９に設置される。

前記セカンダリ燃料インジェクタ３７は、エンジン１０の各気筒に対応するそれぞれの吸気ファンネル３２において、この吸気ファンネル３２の吸気通路３２Ａの軸線Ｎ上に位置付けられる。このセカンダリ燃料インジェクタ３７は、具体的には、図示しない支持ブラケットを用いてエアクリーナ３３またはシリンダヘッド１７に支持される。このセカンダリ燃料インジェクタ３７の噴射口３８から吸気ファンネル３２の吸気通路３２Ａ内へ燃料が噴射される。

上述のプライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６及びセカンダリ燃料インジェクタ３７からの燃料の噴射の有無及び燃料噴射量は、燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）４２により、エンジン１０の運転状態に応じて各気筒について制御される。即ち、ＥＣＵ４２は、エンジン１０の各気筒について燃料噴射を行うプライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６、セカンダリ燃料インジェクタ３７を、エンジンの運転状態（エンジン回転数及びスロットルバルブ開度）に応じて選択し変更する。

エンジン１０の運転状態を認識するために、ＥＣＵ４２には、クランク角センサ４３及びスロットルバルブ開度センサ４４が電気的に接続されている。ここで、上述のプライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６、セカンダリ燃料インジェクタ３７、ＥＣＵ４２、クランク角センサ４３及びスロットルバルブ開度センサ４４を有して、エンジン１０の燃料噴射システム４５が構成される。

クランク角センサ４３は、図１に示すように、クランク軸１３に装着されたフライホイール４６の外周に形成された突起（不図示）に対応するように配置され、クランク軸１３の回転角度を検出して、クランク角検出信号をＥＣＵ４２へ送信する。このＥＣＵ４２では、送信されたクランク角検出信号に基づいてエンジン回転数が演算される。また、スロットルバルブ開度センサ４４は、図２に示すように、スロットルボディ３１に設置されてスロットルバルブ３４の開度（スロットルバルブ開度）を検出するものであり、検出したスロットルバルブ開度信号がＥＣＵ４２へ送信される。

ＥＣＵ４２には、更にエンジン回転数とスロットルバルブ開度をパラメータとする燃料インジェクタ切換マップ（図３）が格納されている。この燃料インジェクタ切換マップは、プライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６及びセカンダリ燃料インジェクタ３７の全体から噴射される燃料の噴射量及び噴射時間を微細に調整するためのマップである。

つまり、この燃料インジェクタ切換マップは、エンジン回転数とスロットルバルブ開度に応じて、領域Ａでは、プライマリ第１燃料インジェクタ３５のみを用いて燃料の噴射量及び噴射時間を調整し、領域Ｂでは、プライマリ第１燃料インジェクタ３５及びプライマリ第２燃料インジェクタ３６を用いて燃料の噴射量及び噴射時間を調整し、領域Ｃでは、プライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６及びセカンダリ燃料インジェクタ３７を用いて燃料の噴射量及び噴射時間を調整するマップである。

ＥＣＵ４２は、エンジン回転数が低く且つスロットルバルブ開度が小さいエンジン運転状態、即ち、要求される燃料噴射量が少なくまたは燃料噴射時間が短いときには、エンジン１０の各気筒について燃料インジェクタを１個に限定、即ちプライマリ第１燃料インジェクタ３５に限定して選択し、上述の燃料インジェクタ切換マップの領域Ａに基づいて燃料の噴射を実行する。これにより、エンジン回転数が低く且つスロットルバルブ開度が小さいエンジン運転状態において、吸気系４０にて噴射される燃料の噴射量及び噴射時間を微細に調整することが可能になり、図４の範囲Ｘにおける実線Ｐに示すように、燃料噴射量が噴射時間に比例する線形の燃料噴射量特性を得ることが可能になる。

また、ＥＣＵ４２は、エンジン回転数が低く且つスロットルバルブ開度が小さいエンジン運転状態以外では、エンジン１０の各気筒について燃料インジェクタを、プライマリ第１燃料インジェクタ３５及びプライマリ第２燃料インジェクタ３６、またはプライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６及びセカンダリ燃料インジェクタ３７に選択して、燃料インジェクタ切換マップの領域Ｂ（プライマリ第１燃料インジェクタ３５及びプライマリ第２燃料インジェクタ３６を選択した場合）、または領域Ｃ（プライマリ第１燃料インジェクタ３５、プライマリ第２燃料インジェクタ３６及びセカンダリ燃料インジェクタ３７を選択した場合）に基づいて、吸気系４０にて噴射される燃料を調整する。これにより、このエンジン回転数が低く且つスロットルバルブ開度が小さいエンジン運転状態以外において、図４の範囲Ｙにおける実線Ｐに示すように、線形の燃料噴射量特性を得ることが可能になる。

尚、図４中の範囲Ｚは、プライマリ第１燃料インジェクタ３５が噴射状態にあるが、実際に燃料が噴射されていない無効噴射範囲を示す。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
（１）本実施形態の吸気系４０によれば、エンジン１０のシリンダヘッド１７における吸気ポート２０を形成する吸気ポート周囲部３９にプライマリ第１燃料インジェクタ３５及びプライマリ第２燃料タ３６が設けられ、これらの燃料インジェクタ３５及び３６をエンジン１０の運転状態（エンジン回転数、スロットルバルブ開度）に応じて選択し変更して燃料を噴射している。このため、大型の燃料インジェクタを１個設ける場合と比較して、燃料の最大噴射量が同一であるとしても、共に小型のプライマリ第１燃料インジェクタ３５及びプライマリ第２燃料インジェクタ３６を用いることで、燃料の噴射量及び噴射時間を微細に調整して最適な燃料噴射を実施できる。この結果、燃焼効率が改善されてエンジン１０の出力を向上できると共に、無駄な燃料の使用量が削減されてエンジン１０の燃費を向上させることができる。

（２）ＥＣＵ４２は、エンジン回転数が低く且つスロットルバルブ開度が小さいとき、即ち、要求される燃料噴射量が少なくまたは燃料噴射時間が短いときに、エンジン１０の各気筒について燃料噴射を行う燃料インジェクタを１個（プライマリ第１燃料インジェクタ３５）に限定している。従って、このときの微小な燃料の噴射量及び噴射時間を、１個の燃料インジェクタを用いて容易に制御できるので、吸気ポート２０への最適な燃料噴射を実施できる。

（３）プライマリ第１燃料インジェクタ３５は、吸気バルブ２５へ向けて燃料を噴射するようにシリンダヘッド１７に設置され、また、プライマリ第２燃料インジェクタ３６は、吸気ポート２０の内壁面４１向けて燃料を噴射するようにシリンダヘッド１７に設置されている。プライマリ第１燃料インジェクタ３５による燃料噴射によって、エンジン１０の燃焼室１９へ燃料が略ダイレクトに供給されるので、エンジン１０の点火レスポンスを向上させることができる。また、プライマリ第２燃料インジェクタ３６による燃料噴射によって、噴射された燃料が吸気ポート２０の内壁面４１に衝突して拡散され、燃料と吸気との混合を確実化できる。これらを組み合わせることで、燃料インジェクタが１個の場合に比べ、エンジン１０の運転状態に応じた燃料の噴射制御を最適に実施できる。

（４）エンジン回転数が低く且つスロットルバルブ開度が小さいときには、吸気バルブ２５へ向けて燃料を噴射するプライマリ第１燃料インジェクタ３５がＥＣＵ４２により選択される。このように、例えば、車両低速時における姿勢安定のための加速時に、点火レスポンスが要求される状況に適したプライマリ第１燃料インジェクタ３５が選択されることで、乗員の意図に即した加速を的確に実施できるので、車両の操作性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、プライマリ第１燃料インジェクタ３５とプライマリ第２燃料インジェクタ３６は、吸気ポート２０の軸線Ｍに沿い上下の位置にそれぞれ配置されたが、吸気ポート２０の軸線Ｍに略直交して横並びに配置されてもよい。また、これらのプライマリ第１燃料インジェクタ３５とプライマリ第２燃料インジェクタ３６とはそれぞれ１個ずつではなく、２個以上の複数個ずつ設置されてもよい。

また、プライマリ第１燃料インジェクタ３５及びプライマリ第２燃料インジェクタ３６は、シリンダヘッド１７における吸気ポート２０を形成する吸気ポート周囲部３９に設置されたが、スロットルボディ３１または吸気マニホールド３０に設置されてもよい。更に、本実施形態のセカンダリ燃料インジェクタ３７は省略してもよい。

１０ エンジン（内燃機関）
１７ シリンダヘッド
２０ 吸気ポート（吸気通路）
２５ 吸気バルブ
３０ 吸気マニホールド
３１ スロットルボディ
３２ 吸気ファンネル
３０Ａ、３１Ａ、３２Ａ 吸気通路
３４ スロットルバルブ
３５ プライマリ第１燃料インジェクタ
３６ プライマリ第２燃料インジェクタ
３７ セカンダリ燃料インジェクタ
３９ 吸気ポート周囲部（壁部）
４１ 内壁面
４２ ＥＣＵ（燃料噴射制御装置）
４３ クランク角センサ
４４ スロットルバルブ開度センサ
４５ 燃料噴射システム
Ｎ 軸線

Claims (5)

1. 内燃機関における吸気通路の壁部に設けられて燃料を噴射する燃料インジェクタと、この燃料インジェクタからの燃料噴射の有無及び燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置と、を有する内燃機関の燃料噴射システムであって、
   前記燃料インジェクタは、前記内燃機関の各気筒に対応するそれぞれの前記吸気通路の前記壁部に複数設けられ、
   前記燃料噴射制御装置は、前記各気筒について燃料噴射を行う前記燃料インジェクタを、前記内燃機関の運転状態に応じて選択し変更するよう構成されたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
2. 前記燃料噴射制御装置は、内燃機関の回転数が低く、且つ吸気通路内を流れる吸気の流量を調整するスロットルバルブの開度が小さいときに、前記内燃機関の各気筒について燃料噴射を行う燃料インジェクタを１個に限定するよう制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
3. 複数の前記燃料インジェクタは、少なくとも１つが内燃機関の吸気バルブへ向けて燃料を噴射するよう設置され、残りが吸気通路の内壁面へ向けて燃料を噴射するよう設置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
4. 前記燃料噴射制御装置は、内燃機関の回転数が低く、且つ吸気通路内を流れる吸気の流量を調整するスロットルバルブの開度が小さいときに、前記内燃機関の各気筒について燃料噴射を行う燃料インジェクタを、前記内燃機関の吸気バルブへ向けて燃料を噴射する燃料インジェクタに選択するよう構成されたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
5. 前記燃料インジェクタは、吸気通路の軸線上に設置されて前記吸気通路内へ燃料を噴射する燃料インジェクタを追加して備え、この燃料インジェクタは燃料噴射制御装置により、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射の有無及び燃料噴射量が制御されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。

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